Taip pat skaitykite:
Visatos pirmapradžio karščio svilinantis speigas
Erdvės ratilai: Visatos darinių kilmė
Išsiderinusi kosmoso muzika

1941 m. kanadietis Andrew McKellar’as tyrė žvaigždžių spektrus ir padarė išvadą, kad stebimas spektro linijas galima paaiškinti nežinomo spinduliavimo šaltinio, kurio temperatūra maždaug 2,5^o K, buvimu. 6-o dešimtm. viduryje jaunas Pulkovo observatorijos aspirantas Tigranas Šmaonovas aptiko kelių laipsnių temperatūros kosminį foną, kuris nepriklauso nuo krypties danguje.

Amerikiečių radiofizikai Robert Wilson‘as ir Arno Penzias 7-me dešimtm. priėmė nepaaiškinamą signalą, kurio intensyvumas nesikeitė nuo krypties dangaus skliaute. Jie 1965 m. žurnale „Astrophysical J.“ rašė: „Efektyviosios zenitinės triukšmo temperatūros matavimai davė reikšmę 3,5 laipsnio aukštesnę nei laukta“.

Taip buvo atskleistas reliktinis spinduliavimas. Vėliau išsiaiškinta, kad jo temperatūra vos mažesnė nei 3^o K, o spektras aprašomas Planko dėsniu³⁾. Tai yra, jis būdingas visiems dažniams; aptinkamas visiems bangų ilgiams. Ir McKellar’as, Šmaonovas bei A. Penzias, nors ir tyrė skirtingų diapazonų signalus, jie buvo iš vieno šaltinio – reliktinio spinduliavimo.

Laikoma, kad jis kilo Visatai esant dar labai jaunai – maždaug prieš 13,5 mlrd. m. Pradinę temperatūrą jam suteikė pirmapradė plazma: neįsivaizduojamai tolimas, tačiau, panašu, vienintelis astronominis objektas, kuris ir šiandien supa mus iš visų pusių. Ir jo parametrai nepaprastai svarbūs mūsų pasaulio ir jo vystymosi dėsnių supratimui.

Stebėti reliktinį spinduliavimą antžeminėmis priemonėmis gana sudėtinga: signalas silpnas, o jį priimti labai trukdo Žemės atmosfera. Tad 1974 m. grupė amerikiečių pasiūlė COBE (Cosmic Background Explorer) projektą. Siūlyta matavimus atlikti dirbtiniame Žemės palydove įrengtais infraraudonojo ir mikrobanginio diapazonų imtuvais-matuokliais.

Nepriklausomai iš kosmoso tirti reliktinį spinduliavimą 8-o dešimtm. pradžioje pasiūlė ir tarybinis astrofizikas Nikolajus S. Kardaševas (dabar akademikas, FIAN astrokosminio centro direktorius). Ir vietos, nors labai mažai ir tik šoniniame aparato paviršiuje, buvo skirta „Prognoz“ serijos palydove (šie skirti Saulės aktyvumo bei Žemės artimosios aplinkos tyrimams). Projektas pavadintas „Relikt“ – ir jam vadovavo Kardaševas. Jautrius radiometrus gamino Maskvos Kosminių tyrimų institute (KTI). Pradžioje norėjo įrengti dviejų diapazonų imtuvus, tačiau darbai judėjo sunkiai, o vietos trūko. Tad po karštų ginčų paliko tik vieną, nustatytą 37 GHz dažniui.

Lygiagrečiai ruoštas ir COBE palydovas. Tarybinis prietaisas buvo smarkiai paprastesnis, turėjo mažiau galimybių, tačiau jo privalumu buvo geresnė kampinė skiriamoji geba ira vadinamojo parametrizuoto stiprintuvas¹⁾, kas galėjo duoti dvigubą jautrumo padidinimą. Jį sukūrė KTI Igorio Strukovo laboratorijoje. Amerikiečiai irgi bandė panaudoti parametrikus lėktuvuose, tačiau dėl stiprios vibracijos prietaisai išeidavo iš rikiuotės.

Eksperimentas siekė nustatyti reliktinio spinduliavimo nevienalytiškumą (anizotropiją). 1977 m. George Smoot‘as su kolegomis patikslino vadinamąją dipolinę anizotropijos dedamąją. Toks nevienalytiškumas kyla dėl Doplerio efekto stebėtojui judant fono atžvilgiu. Tada tyrimus atliko aukštuminiu žvalgybiniu lėktuvu U2. Ji pasirodė esą lygi maždaug 0,1%. Tačiau kosmologams buvo svarbūs aukštesniųjų nevienalytiškumo harmonikų matavimai, kurių tada tikėjosi būsiant šimtųjų ar net tūkstantųjų procento dalių lygyje. O tam reikėjo ypač jautrių prietaisų. Pagrindinis COBE prietaiso kūrėjas John C. Mather’is taip įvertino situaciją: „Mums reikėtų prietaisų tiesiog nebuvo pasaulyje. Daugelį daiktų teko išradinėti. O tai nėra greitas reikalas...“

Ir jei amerikiečiai jau turėjo neblogą užstatą – jau išbandytą antžeminiuose bandymuose, lėktuvuose ir aerostatuose aparatūrą. Tuo tarpu rusų padėtis buvo sudėtingesnė. Išbandymų skrydžiuose nebuvo, nebuvo ir būtinų elektronikos komponentų.

Projektai skyrėsi ne tik elektronika. COBE pasirinko apskritą 900 km aukščio orbitą, kaip vėliau paaiškėjo, nelabai sėkmingą. „Relikt“ turėjo vykti elipsine orbita su maždaug 700 km apogėjumi. Aparatas turėjo nuskristi toli už Mėnulio, kad jo ir Žemės įtakos netrukdytų stebėjimams.

1983 m. liepos 1 d. “Prognoz-9“ sėkmingai nuskriejo paskaičiuota orbita. Jis nešė apie dešimtį mokslinių prietaisų, tarp kurių buvo ir “Relikt”. Skrydis planuotas 6 mėn., tačiau palydovas išgyveno kiek ilgiau, iki 1984 m. vasario. Per tą laiką „Relikt“ atliko beveik 20 mln. matavimų, nuskenavo visą dangaus sferą, o kai kurios sritys ir dukart. Surinktų duomenų apdorojimas pasirodė esąs labai sunkus. Vis tik uždavinys buvo atliktas: sudarytas dangaus sferos spinduliavimo žemėlapis, nustatyta dipolinė dedamoji, įvertintas anizotropijos spektras. Matavimų tikslumas tiems laikams buvo rekordinis, tačiau, kaip pasirodė, nepakankamas. Nepavyko atsakyti į pagrindinį klausimą: ar be dipolinės yra ir mažųjų nevienalytumų?

1986 m. priimamas sprendimas apie tyrinėjimų tąsą. Tyrimų vadovu skiriamas I. Strukovas. Nuspręsta paleisti „Relikt-2” su nauja, šaldoma aparatūra. Skristi planuota už 1,5 mln. km nuo Žemės į vadinamą libracijos tašką²⁾ L2. Šiuo metu toks planas pripažintas optimaliu ir kosminės observatorijos (WMAP⁴⁾,  PLANCK) leidžiamos būtent į šį tašką.

Amerikoje COBE irgi ruožtas pilna eiga. Planuota jį iškelti „šatlu“, tačiau 1986 m. įvyko “Challenger” katastrofa. Tada nuspręsta pasinaudoti raketa „Delta-2”, tačiau teko sumažinti aparato dydį ir svorį. COBE iškeltas tik 1989 m. lapkričio 18 d. Skysto helio infraraudoniesiems prietaisams pakako 10-čiai mėnesių, o mikrobangų imtuvai darbavosi 4 m.

1990 m. paskelbti pirmieji COBE rezultatai. Infraraudonųjų spindulių technika suveikė ypač puikiai. Ypač tiksliai pavyko apibrėžti reliktinio spinduliavimo spektrą. Jis pasirodė toks pat kaip absoliučiai juodo kūno,, pašildyto iki 2,73^o K. Kosmologai tai buvo labai svarbu: buvo patvirtinama Didžiojo sprogimo hipotezė.

O Rusijoje tebesitęsė darbai. Buvo perrašytos duomenų apdorojimo programos ir pakartotinai apdoroti „Relikt-1” duomenys. Nauji algoritmai pasirodė esą efektyvesni ir pagaliau pavyko pagauti taip ilgai pasprunkančią anizotropiją (1991 m. kovo 3 d.). Ypatingą indėlį čia įdėjo Andrejus A. Briuchanovas. Tada rezultatai buvo pateikti viešumai. Tiesa, vėliau pasaulyje prasidėjo abejonės dėl jų patikimumų. Ir 2006 m. Nobelio premija buvo skirta G. Smoot‘ui ir D. Mather‘iui.

Tada Rusijoje 1997 m. nusprendė nutraukti jau dešimtį metų trunkantį projektą „Relikt-2“. Vienas akademikas netgi mestelėjo: „O ką ten dar daryti? Viską jau padarė COBE. Tai kaip Vasko de Gama; apsuko aplink žemę – ir viskas“. Dar bandyta parengtą aparatūrą pritaisyti prie kokio palydovo, tačiau beviltiškai – ir teką ją išmesti. Tuo tarpu amerikiečiai neskubėdami rengė naują MAP (Microwave Anisotrophy Probe) palydovą, sėkmingai paleistą 2001 m. vasarą, o vėliau proe pradžios buvo pridėta „W“ (D. Wilkinson‘o garbei) – WMAP. Jis tebesisuka iki šiol ir jo duomenys patvirtino COBE bei „Relikt-1“ rezultatus.

Pastabos

¹⁾ Parametrizuotas stiprintuvas - radioelektroninis įrenginys, kuriame signalo sustiprinimas vyksta išorinio energijos šaltinio (generatoriaus), periodiškai keičiančio stiprintuvo parametrą (talpą arba induktyvumą), dėka. Pasižymi mažu triukšmų lygį ir naudojamas silpnų signalų radioastronomijoje sustiprinimui.

²⁾ Libracijos taškai (Lagranžo arba L taškai) – 5-i ypatingi taškai dviejų masyvių kosminių kūnų sistemoje. Juose trečiasis kūnas su niekinga maža mase, kurį veikia tik traukos jėgos, lieka stabilioje (nejudrioje) būsenoje tų kūnų atžvilgiu – gravitacinės traukos kompensuoja išcentrines jėgas. Visi libracijos taškai yra masyvaus kūno orbitos plokštumoje. Taškai L₁ - L₃ yra tiesėje, kertančioje kūnų centrus, o L₄ ir L₅ 60^o kampais į abi puses nuo jos. Kosminis aparatas libracijos taške išlieka vietoje labai ilgai, pakoreguodamas savo padėtį mažos traukos varikliais. Šių taškų paskaičiavimus atliko Ž.-L. Lagranžas 1772 m.
Lagranžo taškus panaudoja kosminiai aparatai, o taip pat jei neretai pasirodo ir mokslinės fantastikos kūriniuose, pvz., L. Dilovas. Lagranžo taškas.

³⁾ Planko dėsnis aprašo elektromagnetinį spinduliavimą, kurį skleidžia nurodytos temperatūros absoliučiai juodas kūnas esant terminei pusiausvyrai. Jį pirmasis 1900-aisiais suformulavo Maksas Plankas. Dėsnis užrašomas:

kur B yra juodo kūno paviršiaus spektrinis spinduliavimas; T - jo absoliuti temperatūra; n - spinduliavimo dažnis; l - jo bangos ilgis; k_B - Bolcmano konstanta; h - Planko konstanta (1.054 x 10^-27), o c - šviesos greitis.

Plankas šį dėsnį išvedė 1900 m. tik su empiriškai nustatytomis konstantomis po to, kai paaiškėjo, kad Relėjaus-Džinso formulė (Rayleigh–Jeans) tinka tik ilgų bangų atveju. Plankas vėliau padarė išvadą, kad elektromagnetinis spinduliavimas vyksta atskiromis energijos porcijomis (kvantais), kurios susiję su dažniu išraiška
e = h n
dabar vadinamu Planko sąryšiu.

Kiekvienas kūnas spontaniškai ir nuolat skleidžia elektromagnetinę spinduliuotę. Kuo aukštesnė kūno temperatūra, tie daugiau išspinduliuojama ir tuo daugiau to spinduliavimo kliūva trumpesnėms bangoms. Pvz., kambario temperatūros (apie 300^o K) dauguma to spinduliavimo yra infraraudonųjų spindulių srityje, kuris nematomas mūsų akiai. Kylant temperatūrai, infraraudonojo spinduliavimo dalis didėja ir mes galim justi šilumą, o objektas ima raudonuoti. Ypač aukštose temperatūrose kūnai tampa ryškios geltonos ir melsvos spalvų ir daug spinduliuoja trumposiomis bangomis, tarp jų ultravioletinio ir rentgeno spindulių. Saulės paviršius (apie 6000^o K) skleidžia tiek IR, tiek UV spindulių, tačiau dominuoja regimoji spektro dalis.

⁴⁾ WMAP (Wilkinson Microwave Anisotropy Probe) - 2001 metais birželio 30 d. iškeltas NASA palydovas, siekiant išmatuoti reliktinio spinduliavimo poliarizaciją ir temperatūrą. Zondas pavadintas D. Vilkinsono (1935-2002), vieno iš CMB atradėjo vardu. Zondas pratęsė COBE ir MIDEX darbus, tik jo matavimų tikslumas buvo aukštesnis. Jis Lagranžo taške L2 veikė iki 2010 m., kai spalio mėnesį buvo perkeltas į heliocentrinę orbitą, apie Saulę apsisukant kiek daugiau nei per metus.
Jis 0,3^o skiriamąja geba, naudodamas diferencialinį mikrobangų radiometrą, matuojantį temperatūrų skirtumus tarp dviejų taškų danguje, skenavo dangaus skliautą, o jo duomenų pagrindu sudarytas dangaus žemėlapis keliems bangų ilgiams – nuo 1,4 cm iki 3 mm. Pirmus rezultatus apie Visatos amžių ir sandarą NASA paskelbė 2003 m. vasario 11 d. Jie gerai atitiko infliacijos teoriją ir Lambda-CDM modelius. Anot jų Visatos amžius yra 13,7 mlrd. m., o ją sudaro 4% įprastinės barioninės medžiagos, 22% „tamsiosios materijos“, nesugeriančios ir nespinduliuojančios šviesos, ir 74% „tamsiosios energijos“. Duomenys atitinka plokščios Visatos geometriją su W = 1.02 +/- 0.02.

Papildomai skaitykite:
Erdvės ratilai
Didysis sprogimas
Rentgenas Visatai
Papildomas matavimas
Laiko matavimo kronika
Tėkmė: kas atvedė prie LHC?
Visatos pirmapradžio karščio svilinantis speigas
Kvantinė mechanika: triumfas ar ribotumas?
Higso bosonas: labai prasta balerina
Didysis sprogimas ar Didysis atšokimas
Antigravitacijos paieškų istorija
Bendroji reliatyvumo teorija
Nepaprasti Visatos skaičiai
Virpesio-sukinio teorija
Paulio draudimo principas
Kitų žvaigždžių planetos
Pasikėsinimas į multivisatas
Trumpa laiko istorija
Nepastovios konstantos
Lygiagrečios visatos
Visatos mechanika
Kvantinis chaosas

Maloniai pasitiksime žinias apie bet kokius Jūsų pastebėtus sunkiai paaiškinamus reiškinius. Juos prašome siųsti el.paštu: san-taka@lithuanian.net arba pateikti šiame puslapyje.

UFO sightings and other phenomenas in/under Lithuanian sky. Please inform us about everything you noticed and find unexplainable in the night sky or even during your night dreams, or in the other fields of life. Review of our site in English

NSO.LT svetainė
Vartiklis